JP5079330B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置の製造方法に関し、特に、フォトリソグラフィー工程を増加させることなく、優れた光学特性を発揮する液晶表示装置を得る液晶表示装置の製造方法に関する。
アクティブマトリクス型液晶表示装置においては、反射電極の光学的拡散性を高めるために、画素領域の反射電極の下地膜として、凹凸を有する有機膜を形成し、その上に反射電極を形成することが行われている（ＩＤＲ：In-cell Diffusing Reflector）。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成する場合、ＴＦＴを形成した後に、フォトリソグラフィー工程で反射領域上にＩＤＲ用の凹凸を形成し、その後、コンタクトホール形成用のマスクを用いてフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程によりゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成する。
しかしながら、上記の方法においては、ＩＤＲ用の凹凸形成とコンタクトホール形成とで２回のフォトリソグラフィー工程が必要となる。これは、省マスク化（フォトリソグラフィー工程削減）の観点から好ましくない。
本発明の目的は、フォトリソグラフィー工程を増加させることなく、優れた光学特性を発揮する液晶表示装置を得る液晶表示装置の製造方法を提供することである。
本発明の液晶表示装置の製造方法は、アクティブマトリク型液晶表示装置の薄膜トランジスタにおける下地電極上の絶縁膜にフォトエンボシング材料を用いて凹凸を有する有機膜を形成する工程と、前記有機膜に非選択性のドライエッチングを施して前記有機膜の膜厚を減少させてコンタクトホール形成領域の前記絶縁膜を露出させる工程と、露出した前記絶縁膜にドライエッチングを施してコンタクトホールを形成する工程とを含み、前記有機膜の形成から前記コンタクトホールの形成までをドライプロセスで行うことを特徴とする。
この方法によれば、現像なしに、露光及びベーキングでパターニングすることができる。このため、有機膜形成からコンタクトホール形成までをウェット工程なしで実現することができる。これにより、現像工程で必要となる洗浄・乾燥工程が不要となり、スループットを向上させることができる。また、この方法によれば、コンタクトホール形成のためのフォトリソグラフィー工程が必要ないので、工程が複雑になることはない。
本発明の液晶表示装置の製造方法においては、前記コンタクトホールを形成する際に前記下地電極を露出させる工程と、得られた構造上に反射電極を形成して、露出した前記下地電極と前記反射電極とを接続する工程と、を含むことが好ましい。
本発明の液晶表示装置の製造方法においては、前記フォトエンボッシング材料は、露光及びベーキングでパターニングを行うことができる材料であることが好ましい。また、この場合、前記有機膜を形成する工程において、前記フォトエンボッシング材料に露光及びベーキングを施すことにより前記有機膜を形成することが好ましい。また、この場合において、前記露光の際に、ハーフトーンマスク又は回折マスクを用いることが好ましい。
本発明の液晶表示装置の製造方法においては、前記有機膜の形成から前記コンタクトホールの形成までをドライプロセスで行うことが好ましい。また、本発明の液晶表示装置の製造方法においては、前記絶縁膜を露出させる工程と前記コンタクトホールを形成する工程とを同一装置内で行うことが好ましい。
本発明の液晶表示装置の製造方法においては、前記絶縁膜を露出させる工程におけるドライエッチングは、誘導結合型プラズマモード又は反応性イオンエッチングモードで行われることが好ましい。
本発明の液晶表示装置の製造方法においては、前記液晶表示装置は、反射型液晶表示装置又は半透過型液晶表示装置であることが好ましい。
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態においては、反射電極とソース・ドレイン電極（下地電極）とがコンタクトホールを介して接続される場合について説明する。
図６は、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の製造方法により得られた液晶表示装置の一部を示す断面図である。ここでは、液晶表示装置が半透過型である場合について説明する。なお、以下説明する部分については、アクティブマトリクス型液晶表示装置のゲート電極及びゲート絶縁膜付近の領域を説明している。このため、本発明と直接関係のない他の部分については説明を省略している。これらの他の部分の構成については、従来の構成とほぼ同様である。
絶縁性透明基板であるガラス基板１１の一方の主面上には、ＴＦＴに直接光が入射されないようにするライトシールド膜１２が設けられている。このライトシールド膜１２は、ソース電極とドレイン電極との間の領域（ギャップ）を含む領域に対応するガラス基板上の領域に形成される。ライトシールド膜１２が形成されたガラス基板１１上には、層間絶縁膜であるシリコン酸化膜（例えば、ＳｉＯ２）１３が形成されている。なお、ここでガラス基板の代わりに石英基板や透明プラスチック基板を用いても良い。液晶表示装置が半透過型である場合には、このように絶縁性透明基板を用いるが、液晶表示装置が反射型である場合には、シリコン基板を用いても良い。なお、反射型液晶表示装置である場合には、ライトシールド膜は不要となる。
シリコン酸化膜１３上には、ソース電極及びドレイン電極が形成されている。このソース電極及びドレイン電極は、それぞれ透明電極であるＩＴＯ膜１４及びＩＴＯ膜１４上に形成された金属膜１５の２層構造を有する。なお、ソース電極及びドレイン電極は、２層構造に限定されず、１層又は３層以上で構成しても良い。ソース電極とドレイン電極との間には、ギャップが形成されており、そのギャップ及びギャップ周辺のソース電極及びドレイン電極上には、半導体膜であるａ−Ｓｉ膜１６が形成されている。
ａ−Ｓｉ膜１６上には、ゲート絶縁膜であるシリコン窒化膜（例えば、ＳｉＮ）１７が形成されている。ａ−Ｓｉ膜１６、シリコン窒化膜１７、並びにソース電極及びドレイン電極上には、ゲート絶縁膜であるシリコン窒化膜１８が形成されている。このシリコン窒化膜（例えば、ＳｉＮ）１８には、コンタクトホール２２が形成されている。なお、ここではゲート絶縁膜がシリコン窒化膜１７，１８の２層構造である場合について説明しているが、ゲート絶縁膜が１層構造であっても良い。
シリコン窒化膜１８のギャップを含む領域には、ゲート電極１９が形成されている。このような構造上の反射領域（反射電極を設ける領域）上には、ＩＤＲ用の有機膜２０ｂが形成されている。この有機膜２０ｂの材料としては、本願出願人の欧州特許出願第０３１０２２００．７号に記載されたフォトエンボッシング材料を用いる。この有機膜２０ｂの表面には、反射電極に光の拡散能を付与するために凹凸が形成されている。有機膜２０ｂの反射領域上には、反射電極２３が形成されている。この反射電極２３は、コンタクトホール２２の側壁上にも形成される。コンタクトホール２２においては、反射電極２３で覆われた部分以外の金属膜１５が除去されてＩＴＯ膜１４が露出している。なお、ゲート電極１９及び反射電極２３の材料としては、通常使用される材料が用いられる。
このように構成された液晶表示装置においては、ＩＤＲ構造を構成する有機膜２０ｂが凹凸形状を有するので、ＩＤＲを用いた光学的効果を十分に発揮させることができる。
次に、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の製造方法について図１〜図６を用いて説明する。図１〜図６は、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の製造方法の工程を説明するための断面図である。
まず、図１に示すように、ガラス基板１１上に例えばモリブデンクロム膜を被着し、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により配線領域に対応する部分（ソース電極とドレイン電極との間のギャップを含む領域）のモリブデンクロム膜を残してライトシールド膜１２を形成する。次いで、ガラス基板１１及びライトシールド膜１２上に層間絶縁膜であるシリコン酸化膜１３を形成する。
次いで、シリコン酸化膜１３上にＩＴＯ膜１４及び金属膜１５を順次形成し、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により、ゲート領域に開口部（ギャップ）を形成する。この開口部には、この上に形成する膜のカバレッジを良好にするためにシリコン酸化膜１３側に向かって幅が狭くなるようなテーパ面が設けられている。なお、この部分の構成においては、金属膜１５の端部よりもＩＴＯ膜１４の端部がより外側に延出していることが必須であり、テーパが設けられていることがより好ましい。このような構成においては、後述するａ−Ｓｉ膜の形成前にＰＨ３のプラズマを照射することにより、Ｐ原子がＩＴＯ膜１４の表面に吸着する。その結果、ａ−ＳｉとＩＴＯとの間のオーミック特性が得られる。
その後、開口部を有する金属膜１５上にａ−Ｓｉ膜１６及びシリコン窒化膜１７を順次形成し、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により、ゲート領域（ギャップ及びその周辺のソース・ドレイン電極）にａ−Ｓｉ膜１６及びシリコン窒化膜１７を残す。
次いで、基板全面上にゲート絶縁膜であるシリコン窒化膜１８を形成する。さらに、その上にゲート電極１９用の金属膜を形成する。さらにその上に、有機膜２０の材料を塗布し、有機膜２０を形成する。この有機膜２０に対してハーフトーンマスク２１を用いてパターニングを施す。
ここで、有機膜２０の材料としては、本願出願人の欧州特許出願第０３１０２２００．７号に記載されたフォトエンボッシング材料を用いる。この出願の内容は参照のために全てここに含めておく。このフォトエンボッシング材料は、露光後にベーキングを行うことにより、感光性を失う材料である。このフォトエンボッシング材料を用いて凹凸を有する有機膜を形成する場合、露光工程とベーキング工程とでパターニングを行うことができる。このため、現像工程が不要となり、ウェット工程を省略することができる。
このハーフトーンマスク２１は、光を通さない遮光部２１ａと、光の一部を通す半透過部２１ｂと、すべての光を通す透過部２１ｃとを有する。ハーフトーンマスク２１の透過部２１ｃは、ゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成する領域に対応して設けられており、遮光部２１ａは、ＩＤＲ用の有機膜の凸部を含む領域に対応して設けられており、半透過部２１ｂは、ＩＤＲ用の有機膜の凹部を含む領域に対応して設けられている。
このハーフトーンマスク２１を用いてフォトエンボッシング材料を露光すると、図２に示すように、透過部２１ｃにおいてはすべての露光光が通過し、半透過部２１ｂにおいては一部の露光光が通過する。一方、遮光部２１ａにおいては露光光が通過しない。すなわち、透過部２１ｃに対応する部分のフォトエンボッシング材料はほとんど除去されて最も薄く残存する。また、半透過部２１ｂに対応する部分のフォトエンボッシング材料は部分的に除去される。また、遮光部２１ａに対応する部分のフォトエンボッシング材料は全て残存する。このように残存した有機膜２０ａに対してベーキングを行ってフォトエンボッシング材料を硬化する。このようにして、凹凸を有する有機膜２０ａが形成される。
次いで、有機膜２０ａに対してドライエッチングを行って、有機膜２０ａの全体の厚さを減少させて、コンタクトホール形成領域Ｘのシリコン窒化膜１８を露出させる（開口部形成）。すなわち、ドライエッチングにより、図２における点線の状態に有機膜を残存させる。このとき、コンタクトホール形成領域Ｘのシリコン窒化膜１８上に有機膜２０ａが残存する場合には、アッシングなどにより有機膜２０ａを除去するのが好ましい。
なお、このドライエッチングは、コンタクトホールを形成する領域上の有機膜２０ａを除去するために行うので、その目的を達成できる範囲内で使用ガスや条件を適宜変更することができる。また、露出したシリコン窒化膜１８（コンタクトホール形成領域）は、ＥＰＤ（End Point Detector）により検出することができる。また、ドライエッチングを誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）モード又は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）モードで行うことにより、有機膜２０ａの厚さを均一に減少させることができるので、ドライエッチング後に凹凸形状を維持することができる。これにより、拡散反射特性が損なわれることを防止できる。
次いで、図３に示す構造にドライエッチングを行って、図４に示すように、シリコン窒化膜１８の露出した領域にコンタクトホール２２を形成する。このとき、エッチングは、有機膜２０ｂをマスクとして行われる。
なお、このドライエッチングは、コンタクトホール形成のために行うので、その目的を達成できる範囲内で使用ガスや条件を適宜変更することができる。
このように露光及びベーキングでパターニングすることができる、すなわち現像なしでパターニングできるフォトエンボッシング材料をＩＤＲ用の有機膜の材料として用いることにより、凹凸を有する有機膜の形成後から有機膜の下地の絶縁膜のコンタクトホール形成工程までをすべてドライプロセスで（ウェットプロセスが存在せずに）行うことができる。したがって、有機膜の形成工程からコンタクトホール形成工程までを同じ装置内で行うことが可能となり、スループットが向上する。
次いで、図５に示すように、反射領域（有機膜２０ｂ及びコンタクトホールのシリコン窒化膜１８の側壁を含む）に金属膜を被着して、反射電極２３を形成する。ここでは、コンタクトホール２２の領域は、透過領域を兼ねている。なお、反射電極２３の材料としては、アルミニウムなどを用いることができる。次いで、図６に示すように、反射電極２３のレジストパターンをそのまま用いて、連続的に金属膜１５をエッチングしてＩＴＯ膜１４を露出させて透過領域を形成する。エッチング後に有機膜を剥離する。このようにして、下地の電極（金属膜１５）と反射電極２３とをコンタクトホールを介して接続する。なお、反射電極２３の材料をアルミニウムとし、金属膜１５の材料をモリブデンクロム合金にすることにより、同じエッチャントを用いることができるので、上述のように反射電極２３のレジストパターンをそのまま用いて連続的に金属膜１５をドライエッチングすることができる。
このようにしてアレイ基板を作製し、通常の方法により対向基板を作製し、これらのアレイ基板と対向基板とを用いてアセンブリして液晶表示装置を作製する。
このように本実施の形態に係る方法によれば、アクティブマトリクス型液晶表示装置の薄膜トランジスタにおける下地電極上の絶縁膜上にフォトエンボッシング材料を用いて凹凸を有する有機膜を形成し、有機膜にドライエッチングを施して有機膜の膜厚を減少させてコンタクトホール形成領域の絶縁膜を露出させ、露出した絶縁膜にドライエッチングを施してコンタクトホールを形成する。
この有機膜を構成する材料は、現像なしに、露光及びベーキングでパターニングすることができるので、有機膜形成からコンタクトホール形成までをウェット工程なしで実現することができる。これにより、現像工程で必要となる洗浄・乾燥工程が不要となり、スループットを向上させることができる。また、この方法によれば、コンタクトホール形成のためのフォトリソグラフィー工程が必要ないので、工程が複雑になることはない。この方法において得られた液晶表示装置は、表面に凹凸を有する有機膜を形成することができるので、従来と同様にＩＤＲ効果を発揮することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態においては、パネル外の端子形成位置に本発明が適用される場合について説明する。図７及び図８は、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の製造方法の工程を説明するための断面図である。図７及び図８中、破線よりも左側がパネル領域であり、破線よりも右側（シール領域の外側）が端子形成領域Ｙである。
ガラス基板上にシリコン酸化膜１３を形成し、その上にＩＴＯ膜１４及び金属膜１５を順次形成してパターニングする。このとき、ＩＴＯ膜１４及び金属膜１５とゲート電極１９とがオーバーラップしないようにパターニングする。なお、両者がオーバーラップするようにパターニングしても良い。金属膜１５上にシリコン窒化膜１８を形成し、その上にゲート電極１９を形成した後に、ＩＤＲ用の有機膜を形成する。そして、この有機膜を実施の形態１と同様にしてハーフトーンマスクを用いた露光及びベーキングによりパターニングし、その後ドライエッチングして有機膜２０ｂを残存させる。これにより、コンタクトホール形成領域Ｘ及び端子形成領域Ｙのシリコン窒化膜１８が露出する。
次いで、図８に示すように、有機膜２０ｂをマスクとしてシリコン窒化膜１８をドライエッチングした後に、その上に反射電極２３を形成する。この反射電極２３は、ゲート電極１９と金属膜１５とを接続するようにパターニングされる。一方、端子形成領域Ｙでは、有機膜２０ｂをマスクとしてシリコン窒化膜１８をドライエッチングした後に、エッチングされたシリコン窒化膜１８をマスクとして金属膜１５をエッチングする。これにより、端子を形成する。
なお、ドライエッチングの条件などについては実施の形態１と同様である。
このように本実施の形態に係る方法によれば、絶縁膜上にフォトエンボッシング材料を用いて凹凸を有する有機膜を形成し、有機膜にドライエッチングを施して有機膜の膜厚を減少させて端子形成領域におけるコンタクトホール形成領域の絶縁膜を露出させ、露出した絶縁膜にドライエッチングを施してコンタクトホールを形成する。
この有機膜を構成する材料は、現像なしに、露光及びベーキングでパターニングすることができるので、有機膜形成からコンタクトホール形成までをウェット工程なしで実現することができる。これにより、現像工程で必要となる洗浄・乾燥工程が不要となり、スループットを向上させることができる。また、この方法によれば、コンタクトホール形成のためのフォトリソグラフィー工程が必要ないので、工程が複雑になることはない。この方法において得られた液晶表示装置は、表面に凹凸を有する有機膜を形成することができるので、従来と同様にＩＤＲ効果を発揮することができる。
本発明は上記実施の形態１，２に限定されず、その条件、材料、使用ガスなどについては種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態１，２において使用した材料や構造に限定なく、その機能を発揮することができる代替材料や代替構造を用いても良い。すなわち、上記実施の形態１，２では、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を用い、ゲート絶縁膜としてシリコン窒化膜を用い、ライトシールド膜としてクロム膜を用いた場合について説明しているが、本発明においては、等価な機能を発揮するのであれば、他の材料を用いても良い。また、各膜の厚さは、それぞれの膜の機能を発揮するならば特に制限はない。
また、上記実施の形態１，２においては、ハーフトーンマスクを用いた場合について説明しているが、本発明においては、遮光部、透過部、半透過部（解像度限界以下の微小パターン部）を有する回折マスクを使用して、厚膜部及び開口部を有する有機膜を形成しても良い。なお、この回折マスクの場合、露光機の解像限界以下の小さいパターンを形成し、この部分を半透過部とする。この小さいパターンで光が回折することにより、弱い光がマスクを透過する。
上記実施の形態１，２においては、液晶表示装置が半透過型である場合について説明しているが、本発明は、液晶表示装置が反射型である場合にも同様に適用することが可能である。反射型の場合には、ライトシールド膜が不要であり、シリコン窒化膜の開口部にも反射電極が形成されることなどを除き半透過型の場合とほぼ同じである。
以上説明したように本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、アクティブマトリクス型液晶表示装置の薄膜トランジスタにおける下地電極上の絶縁膜上にフォトエンボッシング材料を用いて凹凸を有する有機膜を形成し、有機膜にドライエッチングを施して有機膜の膜厚を減少させてコンタクトホール形成領域の絶縁膜を露出させ、露出した絶縁膜にドライエッチングを施してコンタクトホールを形成するので、現像なしに、露光及びベーキングでパターニングすることができる。このため、有機膜形成からコンタクトホール形成までをウェット工程なしで実現することができる。これにより、現像工程で必要となる洗浄・乾燥工程が不要となり、スループットを向上させることができる。また、この方法によれば、コンタクトホール形成のためのフォトリソグラフィー工程が必要ないので、工程が複雑になることはない。
本発明は、反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置に適用することができる。
本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の製造方法の工程を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の製造方法の工程を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の製造方法の工程を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の製造方法の工程を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の製造方法の工程を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の製造方法により得られた液晶表示装置の一部を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の製造方法の工程を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の製造方法の工程を説明するための断面図である。

Claims (8)

  1. アクティブマトリクス型液晶表示装置の薄膜トランジスタにおける下地電極上の絶縁膜上にフォトエンボッシング材料を用いて凹凸を有する有機膜を形成する工程と、前記有機膜に非選択性のドライエッチングを施して前記有機膜の膜厚を減少させてコンタクトホール形成領域の前記絶縁膜を露出させる工程と、露出した前記絶縁膜にドライエッチングを施してコンタクトホールを形成する工程とを含み、前記有機膜の形成から前記コンタクトホールの形成までをドライプロセスで行うことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
  2. 前記コンタクトホールを形成する際に前記下地電極を露出させる工程と、得られた構造上に反射電極を形成して、露出した前記下地電極と前記反射電極とを接続する工程と、を含む請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。
  3. 前記フォトエンボッシング材料は、露光及びベーキングでパターニングを行うことができる材料である請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置の製造方法。
  4. 前記有機膜を形成する工程において、前記フォトエンボッシング材料に露光及びベーキングを施すことにより前記有機膜を形成する請求項３記載の液晶表示装置の製造方法。
  5. 前記露光の際に、ハーフトーンマスク又は回折マスクを用いる請求項４記載の液晶表示装置の製造方法。
  6. 前記絶縁膜を露出させる工程と前記コンタクトホールを形成する工程とを同一装置内で行う請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の液晶表示装置の製造方法。
  7. 前記絶縁膜を露出させる工程におけるドライエッチングは、誘導結合型プラズマモード又は反応性イオンエッチングモードで行われる請求項１から請求項６のいずれか一項記載の液晶表示装置の製造方法。
  8. 前記液晶表示装置は、反射型液晶表示装置又は半透過型液晶表示装置である請求項１から請求項７のいずれか一項記載の液晶表示装置の製造方法。
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